2024年高中化学新教材同步必修第二册 第6章 第1节 第1课时　化学反应与热能

第一节化学反应与能量变化第1课时化学反应与热能[核心素养发展目标]1.知道化学反应可以实现化学能与热能的转化，认识吸热反应和放热反应。2.能用化学键解释某些吸热反应和放热反应。3.认识燃料的燃烧效率、保护环境、开发清洁燃料的必要性和重要性。一、吸热反应和放热反应1．实验探究：化学反应中的能量变化实验操作实验现象有气泡产生；用温度计测量，温度升高闻到刺激性气味；烧杯壁发凉；木片和烧杯黏结在一起；混合物呈糊状实验结论该反应产生气体，放出热量该反应产生NH3和H2O，吸收热量化学方程式Mg＋2HCl=MgCl2＋H2↑Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl=BaCl2＋2NH3↑＋10H2O结论：化学反应有新物质生成，同时反应过程中伴有热量的释放或吸收。2．放热反应和吸热反应(1)概念①放热反应：释放热量的化学反应。②吸热反应：吸收热量的化学反应。思考1(1)举例说明：放出(吸收)热量的变化一定是放热(吸热)反应吗？提示不一定。吸、放热反应都属于化学反应，而浓H2SO4、NaOH固体等溶于水放热，(2)吸热反应一定需要加热才能发生吗？提示不一定，吸、放热反应与反应是否需要加热等条件没有直接联系，如NH4Cl晶体与Ba(OH)2·8H2O晶体常温下的反应为吸热反应。(2)常见的放热反应和吸热反应放热反应吸热反应①所有的燃烧反应②酸碱中和反应③大多数化合反应④活泼金属与水或酸的反应⑤物质的缓慢氧化⑥铝热反应(见第八章)①大多数分解反应②铵盐与碱的反应，如Ba(OH)2·8H2O晶体或Ca(OH)2与NH4Cl晶体反应③以C、H2、CO为还原剂的部分氧化还原反应，如C与H2O(g)反应，C与CO2反应④NaHCO3与盐酸的反应3.化学反应中能量变化的原因(1)从化学键变化的角度理解能量变化的原因(微观探析)①图示原因②举例说明：H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)的反应过程如图所示：根据上图计算1molH2和1molCl2断键吸收的总能量为679kJ，形成2molHCl共释放862kJ能量，断键吸收的总能量<成键释放的总能量，因此该反应为放热反应。思考2画出放热、吸热反应的能量随反应过程的变化图。提示(2)从总能量高低理解能量变化的原因(宏观辨识)物质的组成、结构与状态不同，所具有的能量不同。因此，一个化学反应的能量变化取决于反应物总能量和生成物总能量的相对大小。放热反应吸热反应化学能转化为热能热能转化为化学能被生成物“储存”思考3画出放热、吸热反应反应物与生成物的总能量随反应过程的变化图。提示1．判断正误(1)镁条在空气中燃烧是放热反应，反应过程中所释放的能量全部转化为热能()(2)相同条件下形成1molH—Cl放出的能量与断开1molH—Cl吸收的能量相等()(3)对于一个化学反应来说，当化学键断裂时吸收的能量大于化学键形成时放出的能量，则反应放热()(4)已知Fe与稀盐酸的反应为放热反应，即Fe的能量大于H2的能量()(5)石墨转化为金刚石需要吸收热量，所以金刚石更稳定()答案(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×2．(2023·西安长安一中高一期中)下列反应放出热量的是()A．氢氧化钡与氯化铵的反应B．盐酸与碳酸氢钠的反应C．灼热的炭与二氧化碳的反应D．镁条与稀盐酸的反应答案D解析氢氧化钡与氯化铵的反应是吸热反应，故A不符合题意；盐酸与碳酸氢钠反应生成氯化钠、二氧化碳和水，是吸热反应，故B不符合题意；灼热的炭与二氧化碳的反应生成一氧化碳，是吸热反应，故C不符合题意；镁条与稀盐酸的反应生成氯化镁和氢气，是放热反应，故D符合题意。3．已知某化学反应A2(g)＋2B2(g)=2AB2(g)(A2、B2、AB2的结构式分别为A=A、B—B、B—A—B)，反应过程中的能量变化如图所示，下列有关叙述正确的是()A．该反应的进行一定需要加热或点燃B．该反应若生成2molAB2(g)，则放出的热量为(E1－E2)kJC．该反应断开反应物中化学键吸收的总能量大于形成生成物中化学键释放的总能量D．生成2molB—A放出E2kJ能量答案C解析根据图示可知，该反应断开反应物中化学键吸收的总能量大于形成生成物中化学键释放的总能量，为吸热反应，若生成2molAB2(g)，则吸收的热量为(E1－E2)kJ，B项错误、C项正确；该反应的进行不一定需要加热或点燃，A项错误；生成4molB—A放出E2kJ能量，D项错误。判断吸热反应和放热反应的两种方法(1)根据反应物总能量和生成物总能量的相对大小判断——反应物的总能量高于生成物的总能量的反应为放热反应，反之为吸热反应(宏观角度)。(2)根据化学键断裂和形成时能量变化大小关系判断——断裂反应物中化学键吸收的总能量大于形成生成物中化学键释放的总能量的反应为吸热反应，反之为放热反应(微观角度)。二、化学反应中热能的利用1．现阶段人类获取热能的主要途径是物质的燃烧，使用最多的常规能源是化石燃料(煤、石油和天然气)。2．化石燃料利用过程面临的问题(1)储量有限，短期内不可再生。(2)影响环境：煤、石油产品燃烧排放的粉尘、SO2、NOx、CO等是大气污染物的主要来源。3．能源可持续发展的措施(1)燃料燃烧阶段提高燃料的燃烧效率。(2)能量利用阶段提高能源的利用率。(3)开发使用新能源，目前人们比较关注的新能源有太阳能、风能、地热能、海洋能和氢能等。1．下列有关新能源的说法不正确的是()A．绿色植物通过光合作用，将光能转化为化学能B．风能、太阳能是清洁能源C．氢能还未进入实用阶段的主要原因是其燃烧所释放热量低于相同质量的矿物燃料D．共享单车利用太阳能发电完成卫星定位，有利于节能环保答案C2．在人类生产、生活对能量的需求日益增长的今天，研究化学反应及其能量变化，对合理利用常规能源和开发新能源具有十分重要的意义。能源是人类赖以生存和发展不可缺少的因素。请完成下列问题：(1)矿物能源是现代人类社会赖以生存的重要物质基础。目前，全球仍主要处于化石能源时期。下列不属于化石能源的是________(填字母，下同)。A．石油 B．煤C．天然气 D．生物质能(2)下列对能源的看法合理的是________。A．化石能源属于不可再生能源，只会越用越少B．生物质能是一种可再生能源，有广阔的应用前景C．太阳能、氢能、风能、地热能都属于新能源D．我国人口众多、资源相对匮乏、环境承载能力较弱，因此要建设节约型社会答案(1)D(2)ABCD1．(2023·北京市第三中学高一期中)下列关于化学反应与能量的说法不正确的是()A．化学反应必然伴随能量变化B．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应属于放热反应C．放热反应中反应物的总能量高于生成物的总能量D．化学变化中的能量变化主要是由化学键变化引起的答案B解析化学反应的本质是旧化学键断裂和新化学键形成，旧化学键断裂时需要吸收能量，新化学键形成时会放出能量，则化学反应必然伴随能量变化，且该变化主要是由化学键的变化引起的，故A、D正确；Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应是吸热反应，故B错误；反应物的总能量高于生成物的总能量的反应为放热反应，故C正确。2．液态储氢技术就是在常温常压下将氢气融入一种化合物“储油”中，形成“氢油”，便于储存和运输。下列有关说法错误的是()A．“氢油”不稳定B．氢能源属于可再生能源C．该技术实现了常温常压下储氢技术的新突破D．液态储氢项目有利于发展氢能源电动机，从而带来新能源汽车的升级答案A解析“氢油”便于储存和运输，说明它比较稳定，故A错误；氢气燃烧生成水，水分解又生成氢气，故氢能源属于可再生能源，故B正确；液态储氢解决了氢能储存难、运输难的问题，能实现氢能的广泛应用，故有利于发展氢能源电动机，从而带来新能源汽车的升级，故D正确。3．(2023·北京育才学校高一期中)下列反应的能量变化能用如图表示的是()A．镁条与稀硫酸反应B．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应C．氢氧化钠溶液和稀盐酸反应D．甲烷在O2中的燃烧反应答案B解析图中反应物总能量小于生成物总能量，该反应是吸热反应。金属与酸的反应是放热反应，即镁条与稀硫酸的反应是放热反应，故A不符合题意；Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应是吸热反应，故B符合题意；酸碱中和反应是放热反应，即氢氧化钠溶液和稀盐酸的反应是放热反应，故C不符合题意；燃烧反应是放热反应，即甲烷在O2中的燃烧反应是放热反应，故D不符合题意。4．已知N2(g)和O2(g)反应生成2molNO(g)吸收180kJ能量，反应过程中能量变化如图所示。根据图示回答下列问题：(1)该反应中反应物所具有的总能量_______(填“高于”或“低于”)生成物所具有的总能量。(2)1molNO(g)分子中的化学键断裂时要吸收________kJ能量。(3)断裂1molN≡N吸收的能量值x为_____________。答案(1)低于(2)632(3)946解析根据图示，断裂旧化学键所吸收的能量为(x＋498)kJ，形成新化学键所释放的能量为2故x为946。题组一化学反应与能量变化的关系1．(2022·厦门一中高一期中)下列说法正确的是()A．凡是放热反应的发生均无需加热B．凡是需要加热才能发生的反应一定是吸热反应C．伴有能量变化的物质变化都是化学变化D．物质发生化学反应都伴随着能量变化答案D解析吸热反应、放热反应与反应条件无关，有些放热反应的发生也需要加热，如煤炭燃烧，A、B错误；伴有能量变化的物质变化不一定是化学变化，如物质的三态变化，C错误；化学变化是旧键断裂和新键形成的过程，断键和成键都有能量变化，D正确。2．(2023·江苏徐州高一统考期中)甲醇重整反应的原理为CH3OH＋H2Oeq\o(=,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))CO2＋3H2，其能量变化如图所示。下列说法正确的是()A．该反应是一个吸收热量的过程B．反应物的总能量小于生成物的总能量C．由氢原子形成H—H时放出能量D．H—C断裂时放出能量答案C解析由图像可知，反应物总能量高于生成物总能量，题中反应过程是一个放出热量的过程，故A、B错误；形成H—H放出能量，故C正确；断开H—C吸收能量，故D错误。题组二吸热反应和放热反应3．下列反应既是氧化还原反应，又是吸热反应的是()A．铝片与稀H2SO4反应B．Ca(OH)2与NH4Cl的反应C．CO在O2中的燃烧反应D．灼热的木炭与H2O(g)反应答案D解析铝片与稀H2SO4反应是放热的氧化还原反应，A不合题意；Ca(OH)2与NH4Cl的反应是吸热的非氧化还原反应，B不合题意；CO在O2中的燃烧反应是放热的氧化还原反应，C不合题意；灼热的木炭与H2O(g)反应是吸热的氧化还原反应，D符合题意。4．下列反应既属于氧化还原反应，又属于放热反应的是()A．氢氧化钠与稀硫酸反应B．氢气还原氧化铜C．铁与稀硫酸反应D．柠檬酸与碳酸氢钠的反应答案C解析氢氧化钠与稀硫酸反应放热，但该反应不是氧化还原反应，A不选；氢气还原氧化铜是氧化还原反应，但属于吸热反应，B不选；铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，是放热反应，且是氧化还原反应，C选；柠檬酸与碳酸氢钠反应生成柠檬酸钠、二氧化碳和水，属于非氧化还原反应，且是吸热反应，D不选。题组三化学反应中能量变化的原因5．(2022·福建三明一中高一期中)下列关于反应能量的说法正确的是()A．化学反应中的能量变化，都表现为热量的变化B．化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因C．已知反应：Zn(s)＋CuSO4(aq)=ZnSO4(aq)＋Cu(s)为放热反应，则反应物总能量＜生成物总能量D．相同条件下，如果1mol氢原子所具有的能量为E1,1mol氢分子的能量为E2，则2E1＝E2答案B解析化学反应中的能量变化，不都表现为热量的变化，还可能有其他能量的变化，如光能等，故A错误；放热反应中反应物的总能量大于生成物的总能量，故C错误；分子变成原子需要破坏化学键，吸收能量，则2E1＞E2，故D错误。6．(2023·安徽池州高一统考期中)化学反应A2＋B2=2AB的能量变化如图所示，则下列说法中正确的是()A．该反应断开化学键消耗的总能量大于形成化学键释放的总能量B．该反应是吸热反应C．断裂2molAB中化学键需要吸收ykJ能量D．1molA2和1molB2的总能量低于2molAB的总能量答案C解析由图可知该反应是放热反应，所以该反应断开化学键消耗的总能量应小于形成化学键释放的总能量，故A、B错误；化学键的断裂吸收能量，根据图像，断裂2molA—B需要吸收ykJ能量，故C正确；根据图像，1molA2和1molB2的总能量高于2molAB的总能量，故D错误。题组四人类对能源的利用及能源现状7．下列关于能源和作为能源使用的物质的叙述错误的是()A．化石能源物质内部蕴含着大量的能量B．绿色植物进行光合作用时，将太阳能转化为化学能“贮存”起来C．物质的化学能可以在一定条件下转化为热能、电能，为人类所利用D．吸热反应没有利用价值答案D解析光合作用、水煤气的制取都是吸热反应，都具有很高的利用价值。8．人类将在未来几十年内逐渐由“碳素燃料文明时代”过渡至“太阳能文明时代”(包括风能、生物质能等太阳能的转换形态)，人们将适应“低碳经济”和“低碳生活”。下列说法不正确的是()A．研究菠菜蛋白质“发电”不属于“太阳能文明”B．发展太阳能经济有助于减缓温室效应C．太阳能电池可将太阳能直接转化为电能D．石油和天然气都属于碳素燃料答案A9．化学家证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨的反应过程，示意图如下：下列关于合成氨反应的叙述不正确的是()A．该过程表明，在化学反应中存在化学键的断裂与形成B．在催化剂的作用下，反应物的化学键变得容易断裂C．过程②需吸收能量，过程③则放出能量D．常温下该反应难以进行，是因为常温下生成物的化学键难以形成答案D解析由图可知，每3个氢气分子和1个氮气分子断键得到原子，然后氢原子和氮原子生成2个氨分子，A项正确；催化剂能改变化学反应的速率，合成氨的反应在催化剂作用下，反应速率加快，意味着反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成变得更容易，B项正确；化学键的断裂需要吸收能量，而化学键的形成则放出能量，从图中可看出②为化学键断裂过程，③为新化学键形成过程，C项正确；化学键的断裂需要吸收能量，所以该反应在常温下难以进行，D项错误。10．(2023·广东汕头金山中学高一期中)磷有多种不同的单质，红磷(结构复杂用“P”表示)和白磷(P4)是磷的两种同素异形体，充分燃烧的产物都是P2O5。在25℃、101kPa下，31g白磷完全转化为红磷，放出11kJ的热量。下列说法错误的是()A．红磷转化为白磷属于吸热反应B．红磷的稳定性比白磷强C．等温、等物质的量的白磷和红磷，能量较高的是白磷D．等物质的量的红磷和白磷完全燃烧，放热较多的是红磷答案D解析白磷转化为红磷放出热量，故红磷转化为白磷吸收热量，为吸热反应，A正确；红磷吸收热量转化为白磷，白磷的能量高，不稳定，B正确；白磷转化为红磷需要放出热量，红磷燃烧放出热量，故等物质的量的白磷燃烧放出的热量比红磷放出的热量多，D错误。11.(2022·黑龙江大庆中学高一期末)某反应由两步反应：A=B=C构成，它的反应能量曲线如图，下列叙述正确的是()A．两步反应均为吸热反应B．三种化合物中C最稳定C．A与C的能量差为E4D．A=B反应条件一定要加热答案B解析第二步反应，反应物的总能量高于生成物的总能量，为放热反应，A不正确；三种化合物中，C的能量最低，最稳定，B正确；从图中可以看出，A与C的能量差为ΔE，C不正确；A=B为吸热反应，反应条件不一定要加热，D不正确。12．研究表明，在一定条件下，气态HCN(a)与HNC(b)两种分子的互变反应过程能量变化如图所示。下列说法正确的是()A．HNC比HCN更稳定B．HCN(g)→HNC(g)为吸热反应且反应条件一定要加热C．1molHCN(g)中的所有化学键全部断开需要吸收186.5kJ的热量D．1molHCN(g)转化为1molHNC(g)需要吸收59.3kJ的热量答案D解析物质含有的能量越低，物质的稳定性越强，HCN比HNC更稳定，A错误；HCN(g)→HNC(g)吸收能量，反应为吸热反应，但反应不一定需要在加热条件下进行，B错误；1molHCN(g)转化为中间状态的物质时需吸收186.5kJ的热量，但此时化学键未全部断开，C错误。13．在一定条件下A与B反应可生成C和D，其能量变化如下：(1)若E1＞E2，反应体系的总能量________(填“升高”或“降低”)，为________(填“吸热”或“放热”)反应，其原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)若E1＜E2，反应体系的总能量________(填“升高”或“降低”)，为________(填“吸热”或“放热”)反应，其原因是_______________________________________________________。答案(1)降低放热反应物的部分化学能通过化学反应转化为热能释放到环境中(2)升高吸热反应物从环境中吸收能量解析(1)若E1＞E2，反应体系的总能量降低，故反应物的部分化学能通过化学反应转化为热能释放到环境中，则生成物的总能量小于反应物的总能